-
Stand der Technik
-
Die
Erfindung geht aus von einem Schneidwerkzeug nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Es
sind Diamantbohrkronen und Fliesenschneidwerkzeuge bekannt, die
einen in einer Werkzeughalterung einer Werkzeugmaschine einspannbaren
und rotierend antreibbaren Grundkörper und einen mit Diamanten
besetzten Schneidkopf aufweisen. Der Grundkörper und der Schneidkopf sind
unlösbar
miteinander verbunden.
-
Beim
Arbeiten mit einer Werkzeugmaschine, beispielsweise beim Bohren,
Meißeln,
Schleifen, Sägen,
Fräsen
usw., entsteht durch Reibung im Arbeitsbereich Wärme. Um eine Überhitzung
und einen dadurch bedingten erhöhten
Verschleiß und/oder
eine Beschädigung
eines Werkzeugs sowie eine Beschädigung
eines zu bearbeitenden Gegenstands zu vermeiden, ist bekannt, mit
einer Vorrichtung den Arbeitsbereich mit Wasser zu spülen. Beim Bohren
von Beton oder Gestein kommen dabei sogenannte Naß-Bohrkronen zum Einsatz.
-
Vorteile der Erfindung
-
Es
wird ein Schneidwerkzeug, insbesondere ein Fliesenschneidwerkzeug,
mit einem in einer Werkzeughalterung einer Werkzeugmaschine, insbesondere
einer Handwerkzeugmaschine, befestigbaren und rotierend antreibbaren
Grundkörper
und mit einem zumindest an einer seitlichen Arbeitsfläche mit
Schneidpartikeln besetzten Schneidkopf mit einer quer zur Längsrichtung
verlaufenden Bearbeitungsrichtung, wobei zumindest der Schneidkopf
und der Grundkörper
von separaten Bauteilen gebildet sind und das den Schneidkopf bildende
Bauteil über
eine lösbare
Verbindung mit dem Grundkörper
verbindbar und auswechselbar ausgeführt ist, vorgeschlagen. Mit
der Möglichkeit
den Schneidkopf vom Grundkörper
zu trennen, kann bei einem verschlissenen und/oder defekten Schneidkopf
dieser separat gewechselt werden, ohne daß der Grundkörper ausgetauscht
werden muß.
Der Grundkörper
kann mehrfach genutzt und Kosten können eingespart werden, und
zwar insbesondere bei kostenintensiven, hochwertigen Grundkörpern. Ferner
ist möglich,
einen Grundkörper
für mehrere
verschiedene Schneidköpfe
zu verwenden. Durch die Wahl der Schneidpartikel, deren Bindung
am Schneidkopf, deren Anzahl und deren Qualität kann gezielt auf spezielle
Kundenwünsche
eingegangen werden. Der Schneidkopf kann dabei farblich entsprechend
gekennzeichnet werden.
-
Ferner
kann ein Schnittdurchmesser durch Auswechseln des Schneidkopfs schnell
geändert werden.
-
Trotz
geteiltem Schneidkopf und Grundkörper
kann eine vorteilhafte Kühlung
der Seitenflächen des
Schneidkopfs erreicht werden.
-
Zusätzlich kann
die erfindungsgemäße Lösung auch
bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schneidwerkzeugen
mit einer in Längsrichtung
und einer quer zur Längsrichtung
des Werkzeugs verlaufenden Bearbeitungsrichtung eingesetzt werden.
-
Vorteilhaft
ist die lösbare
Verbindung von einer Gewindeverbindung gebildet. An den Schneidkopf
und an den Grundkörper
können
konstruktiv einfach und kostengünstig
Gewinde angeformt werden, die in ihrem Überlappungsbereich eine große Kontaktfläche zueinander
aufweisen und einen großen Wärmestrom
vom Schneidkopf über
die Kontaktfläche
zum Grundkörper
ermöglichen.
Um ein unbeabsichtigtes Lösen
der Gewindeverbindung zu vermeiden, können der Schneidkopf und der
Grundkörper über einen
Formschluß in
axialer und/oder in Umfangsrichtung gesichert sein, beispielsweise über einen
Formschluß mit
einem separaten, stiftähnlichen Bauteil
usw. Zur Verbindung des Schneidkopfs mit dem Grundkörper können auch
andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende kraft- und/oder formschlüssige Verbindungen
vorgesehen werden, wie z. B. Klemmverbindungen, Rastverbindungen
usw.
-
Vorteilhaft
ist an den Schneidkopf ein Innengewinde angeformt, das mit einem
korrespondierenden Außengewinde
am Grundkörper
in Eingriff gebracht werden kann. Mit einem Innengewinde am Schneidkopf
kann eine große
Außenfläche des Schneidkopfs
erreicht werden, über
die die beim Schneidvorgang entstehende Wärme nach außen vorteilhaft abführbar ist.
Ferner kann insbesondere der Grundkörper vorteilhaft geschützt im Innengewinde
des Schneidkopfs angeordnet werden.
-
Weist
der Schneidkopf einen Kern mit gut leitendem Metall auf, wie z.
B. Kupfer, kann die Wärme besonders
vorteilhaft vom Schneidkopf zum Grundkörper abgeführt werden. Es kann eine hohe
Lebensdauer erreicht und Kosten können reduziert werden.
-
Besonders
vorteilhaft ist der Grundkörper aus
einem Behälter
zur Aufnahme von Kühlmittel
gebildet. Grundkörper
ohne integriertes Kühlsystem sind
in der Regel kostengünstiger
als Grundkörper mit
Kühlsystem,
wodurch die erfindungsgemäße Lösung mit
dem auswechselbaren Schneidkopf sich besonders für letztere, hochwertige Grundkörper eignet.
Die hochwertigen Grundkörper
mit offenen und geschlossenen Kühlsystemen
können
vorteilhaft mehrfach verwendet werden.
-
Bei
einem entsprechenden Grundkörper kann
eine beim Schneiden entstehende Wärme über die lösbare Verbindung an das im
Behälter
befindliche Kühlmittel
abgegeben werden. Eine starke Erwärmung des Schneidkopfs kann
vermieden und die Lebensdauer kann erhöht werden.
-
Ferner
wird vorgeschlagen, daß der
Behälter einen
nach außen
gasdicht verschlossenen Raum begrenzt. Es kann eine vorteilhafte
Kühlung
des Werkzeugs von innen erreicht und ein Kontakt des Kühlmittels
mit einer Bearbeitungsstelle vermieden werden. Mit dem geschlossenen
Raum kann ein geschlossenes, sauberes und insbesondere für elektrische
Handwerkzeugmaschinen geeignetes System zur Wärmeabfuhr aus dem Bereich der
Arbeitsfläche erreicht
und eine thermische Überlastung
verhindert werden. Pumpen und Kühlkreisläufe sowie
ein besonderer Schutz von elektrischen Bauteilen vor dem Kühlmittel
können
im Vergleich zu offenen Systemen vermieden werden. Es können trotz
einer guten Wärmeabfuhr
aus dem Bereich der Arbeitsfläche
kostengünstige
Werkzeuge geschaffen werden, die in Standardmaschinen verwendet
werden können.
Der Raum kann durch verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende
Konstruktionen dicht verschlossen sein, beispielsweise durch ei nen
Deckel und/oder durch ein oder mehrere Sicherheitsventile, die öffnen, bevor
das Werkzeug durch einen Überdruck
zerstört
wird.
-
Ist
der Aggregatzustand des Kühlmittels während eines
Arbeitsprozesses zumindest teilweise durch eine auftretende Wärmeenergie
veränderbar, kann
die Aggregatzustandsänderung
besonders vorteilhaft zur Wärmeabfuhr
aus dem Bereich der Arbeitsfläche
genutzt werden.
-
Als
Kühlmittel
können
verschiedene, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende feste, pastenförmige oder
flüssige
Materialien verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist das Kühlmittel
jedoch von einer Flüssigkeit
gebildet, die während
eines Arbeitsprozesses zumindest teilweise verdampfbar ist. Um einen
vorteilhaften Verdampfungsprozeß zu
erreichen und einen unerwünschten Überdruck
zu vermeiden, ist der Raum vorzugsweise nur zu einem Teil mit der
Flüssigkeit
und zu einem Teil mit einem Gas gefüllt. Der Gasanteil kann beim
Verdampfen des Wassers zusammengedrückt werden. Das Werkzeug verhält sich
wie ein Druckkessel mit hohen Drücken, beispielsweise
bis zu 100 bar bei 300°C,
auf die das Werkzeug ausgelegt werden muß. Die auftretenden Drücke können leicht
durch Dampfdruckkurven bestimmt werden. Möglich ist jedoch auch, eine
Begrenzungswand des Raums gezielt elastisch verformbar auszuführen.
-
Verdampft
die Flüssigkeit
an einer Fläche
im Raum im Bereich einer Arbeitsfläche, breitet sich der Dampf über den
Raum schnell aus und führt
die Wärme
vorteilhaft aus dem Bereich der Arbeitsfläche effektiv ab. Bei Wasserdampfung
kann gegenüber Wassererwärmung eine
höhere
Wärmeenergie
aufgenommen werden, und es kann ein großer Wärmestrom zu kühlen Bereichen
hin erreicht werden, in denen der Wasserdampf kondensiert und Wasser
zur Kühlung
wieder zur Verfügung
steht. Der Verdampfungsprozeß nimmt
proportional zur Verdampfungsenthalpie des Kühlmediums Energie auf.
-
Ist
stets zumindest ein Teil des Kühlmittels während eines
Arbeitsprozesses in einem flüssigen Zustand,
kann ferner eine auf die Flüssigkeit
wirkende Fliehkraft genutzt werden, so daß zumindest eine Fläche des
Raums im Bereich der Arbeitsfläche
stets mit der Flüssigkeit
bedeckt ist. Wärmestaus
durch Gasblasen können
sicher vermieden werden. Ferner kann durch eine Verwirbelung des
Wassers während des
Betriebs des Werkzeugs eine zusätzliche
Wärmeabfuhr
an kühle
Bereiche und eine zusätzliche Kühlwirkung
erreicht werden. Alternativ oder ergänzend zur Rückführung vom flüssigen Wasser
durch die wirkende Fliehkraft zum Arbeitsbereich sind ein oder mehrere,
den Kapillareffekt nutzende Elemente im Grundkörper denkbar, über die
das Wasser zurückgeführt werden
kann.
-
Ein
sich im Betrieb einstellendes Gleichgewicht zwischen flüssigem und
dampfförmigem
Kühlmittel
kann durch verschiedene Parameter beeinflußt werden, wie beispielsweise
durch Wahl einer Flüssigkeit
mit einer bestimmten Siedetemperatur, durch die Menge der eingebrachten
Flüssigkeit,
durch einen bestimmten Druck im Raum im abgekühlten Zustand usw. Um zu erreichen,
daß das
Kühlmittel
bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft, und um bei einer niedrigen
Temperatur den Effekt des Wechsels des Aggregatzustands nutzen zu
können,
wird vorteilhaft eine Flüssigkeit
mit einer niedrigen Siedetemperatur verwendet, wie beispielsweise
Alkohol. Um bei dem Verdamp fungsprozeß möglichst viel Energie abführen zu
können,
wird vorteilhaft eine Flüssigkeit
mit hoher Verdampfungsenthalpie verwendet, wie beispielsweise Wasser.
-
In
einer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß das Kühlmittel
von Wasser gebildet und ein Teil des Raums mit Luft gefüllt ist.
Das Werkzeug kann dadurch besonders kostengünstig und einfach hergestellt
werden. Ferner können
mit einer Wasser-Luft-Füllung
Umweltbelastungen, beispielsweise bei einem Defekt des Werkzeugs,
sicher vermieden werden.
-
Ist
der Raum zwischen zumindest einem Innenrohr und einem Außenrohr
angeordnet, kann das Werkzeug leicht, stabil und kostengünstig hergestellt werden.
Ferner kann insbesondere bei Diamantbohrern konstruktiv einfach
im radial inneren Bereich ein gewünschter Freiraum geschaffen
werden. Die Rohre können
durch verschiedene, dem Fachmann als geeignet erscheinende Verbindungsverfahren
verbunden werden, wie beispielsweise Laserschweißen, Löten, Kleben usw. Besonders
vorteilhaft werden die Rohre und/oder zusätzliche andere Bauteile in
einem gemeinsamen Verfahrensschritt miteinander verbunden und möglicherweise
gleichzeitig die Schneidpartikel am Werkzeug befestigt, beispielsweise
indem Kontaktstellen mit einem Lot beschichtet und anschließend die
Teile in einem Ofen fest verbunden werden.
-
Ferner
ist vorteilhaft ein den Raum verschließendes Bauteil rotationssymmetrisch
an einem in der Werkzeughalterung befestigbaren bzw. einspannbaren
Schaftende angeordnet. Am Schaftende ist das Bauteil im Betrieb
vor äußeren Einflüssen geschützt, und
insbesondere kann bei rotierenden Werkzeugen eine Unwucht durch
das Bauteil sicher vermieden werden.
-
Das
Bauteil kann durch verschiedene Verbindungen befestigt sein, beispielsweise
durch eine Klebe-, Löt-
oder Schweißverbindung
usw. Wird das Bauteil über
ein Gewinde befestigt, kann eine besonders kostengünstige,
saubere und einfache Montage erreicht werden. Ist das Bauteil eine
Schraube, kann diese zudem vorteilhaft dazu genutzt werden, den Schaft
zu stabilisieren.
-
Ferner
kann ein kostengünstiger
und sicherer Verschluß des
Raums mit einer eingepreßten
Kugel erreicht werden. Mit einem sogenannten Kugelverschluß kann ein
Befüllkanal
mit einer kleinen Querschnittsfläche
ausgeführt
und Auswirkungen auf die Stabilität können weitgehend vermieden werden, beispielsweise
auf einen Schaft des Grundkörpers. Ferner
ist ein ungewünschtes Öffnen vermeidbar.
-
Vorteilhaft
besitzt der Grundkörper
zumindest in einem Bereich eine durch wenigstens eine Kühlrippe
vergrößerte Oberfläche. Mit
einer großen Oberfläche kann
eine gute Wärmeabfuhr
aus dem Raum nach außen
erreicht werden. Daneben kann der Grundkörper mit einer Kühlluft angeströmt werden,
beispielsweise mit einer Motorkühlluft
einer Werkzeugmaschine.
-
Besitzt
der Grundkörper
einen Arbeitsbereich mit einer kleinen Querschnittsfläche bzw.
mit einem kleinen Volumen, beispielsweise ein Grundkörper eines
Bohrers oder eines Fliesenschneidwerkzeugs mit einem kleinen Durchmesser,
so daß im
Arbeitsbereich nur eine kleine Menge an Kühlmittel unterge bracht werden
kann, ist vorteilhaft in axialer Richtung vor dem Arbeitsbereich
der Raum mit einer größeren Querschnittsfläche ausgeführt als
im Arbeitsbereich. Es kann dadurch ein ausreichendes Raumvolumen
für das
Kühlmittel
geschaffen werden. Es entsteht eine Art Vorratsraum für das Kühlmittel. Aus
dem Vorratsraum kann über
eine große
Oberfläche
Wärme vorteilhaft
nach außen
abgeführt
werden, und zwar insbesondere bei hohen Drehzahlen.
-
Die
erfindungsgemäße Lösung kann
bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Schneidwerkzeugen
eingesetzt werden.
-
Zeichnung
-
Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibungen und
die Ansprüche
enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird
die Merkmale zweckmäßigerweise
auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen
zusammenfassen.
-
Es
zeigen:
-
1 eine
vergrößerte Darstellung
eines Längsschnitts
durch einen Schneidkopf,
-
2 eine
Draufsicht auf einen Grundkörper,
-
3 einen
Schnitt entlang der Linie III-III in 2,
-
4 eine
Draufsicht auf ein Verschlußteil des
Grundkörpers,
-
5 einen
Schnitt entlang der Linie V-V in 4 und
-
6 einen
Schnitt durch den Schneidkopf und den Grundkörper im montierten Zustand.
-
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
-
1 zeigt
einen von einem Sinterbauteil gebildeten Schneidkopf 12 eines
Fliesenschneidwerkzeugs 28 mit einer Arbeitsfläche 30,
die mit Schneidpartikeln 14 versehen ist, und zwar mit
Diamanten in einem Sintervorgang.
-
Der
Schneidkopf 12 weist einen eingepreßten Kern 18 aus Kupfer
auf. In den Kern 18 ist ein Innengewinde 16 eingebracht, über das
der Schneidkopf 12 auf ein Außengewinde 48 eines
Aufnahmebereichs 46 eines Grundkörpers 10 des Fliesenschneidwerkzeugs 28 aufgeschraubt
werden kann (1, 2, 3 und 6).
Ist der Schneidkopf 12 verschlissen, kann dieser einfach
vom Grundkörper 10 abgeschraubt
und ausgewechselt werden.
-
Der
Grundkörper 10 ist
von einem Behälter 20 zur
Aufnahme von Kühlmittel 24 gebildet
und besitzt ein erstes Bauteil 32, das einen Raum 22 bildet, und
ein zweites Bauteil, das ein Verschlußteil 36 für den Raum 22 bildet
(2 bis 5). Das Verschlußteil 36 kann
in das erste Bauteil 32 eingepreßt und durch Löten mit
diesem stoffschlüssig
verbunden werden (6).
-
Das
den Raum 22 bildende Bauteil 32 weist an einer
dem Schneidkopf 12 zugewandten Seite eine Verjüngung 44 auf,
an die sich in Richtung des Schneidkopfs 12 der Aufnahmebereich 46 mit
dem Außengewinde 48 anschließt. Vor
der Verjüngung 44 besitzt
das Bauteil 32 einen im Verhältnis zum Schneidkopf 12 großen Durchmesser,
wodurch ein vorteilhaft großes
Raumvolumen für
das Kühlmittel 24 erreicht
werden kann. Es sind jedoch auch Schneidwerkzeuge denkbar, deren
Grundkörper
den gleichen Durchmesser wie der Schneidkopf oder einen kleineren
Durchmesser als der Schneidkopf aufweisen.
-
Die
Verjüngung 44 bildet
zudem eine axiale Anschlagfläche
für den
Schneidkopf 12. Der bolzenförmige Aufnahmebereich 46 ist
hohl ausgeführt,
und zwar ist in das Bauteil 32 von dem dem Schneidkopf 12 abgewandten
Ende in Richtung Schneidkopf 12 eine Bohrung 34 eingebracht.
Aus dem Aufnahmebereich 46 kann dadurch über das
Kühlmittel 24 vorteilhaft
Wärme abgeführt werden.
-
An
das Verschlußteil 36 ist
in axialer Richtung an der dem Schneidkopf 12 abgewandten
Seite ein Schaft 38 mit einer konzentrischen Bohrung 40 angeformt.
Mit dem Schaft 38 kann der Grundkörper 10 in einer Werkzeughalterung
einer nicht näher dargestellten
Handwerkzeugmaschine eingespannt und rotierend angetrieben werden.
In die Bohrung 40 ist auf der dem Schneidkopf 12 abgewandten
Seite ein Innengewinde 42 eingebracht, in das eine nicht
näher dargestellte
Schraube mit einer Dichtscheibe eingeschraubt und der Raum 22 gasdicht
verschlossen werden kann (4 und 5).
-
Das
Kühlmittel 24 ist
Wasser, wobei ein Teil des Raums 22 mit Luft 26 gefüllt ist.
Während
eines Arbeitsprozesses wird das flüssige Kühlmittel 24 durch
eine wirkende Fliehkraft radial nach außen an eine Wandung 50 des
Raums 22 gedrückt.
Durch die wirkende Kraft verteilt sich das Kühlmittel 24 über die Länge des
Raums 22 und gelangt dadurch in die Bohrung 34 des
Aufnahmebereichs 46 des Fliesenschneidwerkzeugs 28.
-
Wird
durch eine Reibarbeit des Schneidkopfs 12 im vorderen Aufnahmebereich 46 des Raums 22 eine
Siedetemperatur des Kühlmittels 24 erreicht,
wobei die Bearbeitungsrichtung im wesentlichen quer zur Längsrichtung
des Fliesenschneidwerkzeugs verläuft,
verdampft das Kühlmittel 24 teilweise.
Das verdampfte Kühlmittel 24 breitet
sich über den
Raum 22 aus und führt
aus dem Bereich der Arbeitsfläche 30 Wärme ab.
Das Mengenverhältnis
Luft 26 zu Kühlmittel 24 ist
in der Weise abgestimmt, daß stets
zumindest ein Teil des Kühlmittels 24 während eines
Arbeitsprozesses flüssig
ist.
-
- 10
- Grundkörper
- 12
- Schneidkopf
- 14
- Schneidpartikel
- 16
- Innengewinde
- 18
- Kern
- 20
- Behälter
- 22
- Raum
- 24
- Kühlmittel
- 26
- Luft
- 28
- Fliesenschneidwerkzeug
- 30
- Arbeitsfläche
- 32
- Bauteil
- 34
- Bohrung
- 36
- Verschlußteil
- 38
- Schaft
- 40
- Bohrung
- 42
- Innengewinde
- 44
- Verjüngung
- 46
- Aufnahmebereich
- 48
- Außengewinde
- 50
- Wandung